Лінії зв'язку та канали передачі даних. Канали зв'язку Способи передачі інформації каналам зв'язку

На рис. 1 прийняті такі позначення: X, Y, Z, W- Сигнали, повідомлення ; f- Перешкода; ЛЗ- лінія звязку; ІІ, ПІ- Джерело та приймач інформації; П- Перетворювачі (кодування, модуляція, декодування, демодуляція).

Існують різні типи каналів, які можна класифікувати за різними ознаками:

1.За типом ліній зв'язку: провідні; кабельні; оптико-волоконні;

лінії електропередач; радіоканали і т.д.

2. За характером сигналів: безперервні; дискретні; дискретно-безперервні (сигнали на вході системи дискретні, а на виході безперервні, і навпаки).

3. За перешкодами: канали без перешкод; з перешкодами.

Канали зв'язку характеризуються:

1. Ємність каналу визначається як добуток часу використання каналу T до,ширини спектру частот, що пропускаються каналом F дота динамічного діапазону D до. , який характеризує здатність каналу передавати різні рівні сигналів

V до = T до F до D до.(1)

Умови погодження сигналу з каналом:

V c£ V k ; Tc£ T k ; Fc£ F k ; V c£ V k ; D c£ D k .

2.Швидкість передачі - Середня кількість інформації, що передається в одиницю часу.

3.

4. Надмірність – забезпечує достовірність переданої інформації ( R= 0?1).

Одним із завдань теорії інформації є визначення залежності швидкості передачі інформації та пропускної спроможності каналу зв'язку від параметрів каналу та характеристик сигналів та перешкод.

Канал зв'язку образно порівнювати з дорогами. Вузькі дороги – мала пропускна спроможність, але дешево. Широкі дороги – хороша пропускна спроможність, але дорого. Пропускна здатність визначається «найвужчим» місцем.

Швидкість передачі значною мірою залежить від передавальної середовища в каналах зв'язку, як яких використовуються різні типи ліній зв'язку.

Провідні:

1. Провідні– кручена пара (що частково пригнічує електромагнітне випромінюванняінших джерел). Швидкість передачі 1 Мбіт/с. Використовується в телефонних мережах та передачі даних.

2. Коаксіальний кабель.Швидкість передачі 10–100 Мбіт/с – використовується у локальних мережах, кабельному телебаченні тощо.

3. Оптико-волоконна.Швидкість передачі 1 Гбіт/с.

У середовищах 1-3 згасання в дБ лінійно залежить від відстані, тобто. потужність падає за експонентом. Тому через певну відстань потрібно ставити регенератори (підсилювачі).

Радіолінії:

1.Радіоканал.Швидкість передачі 100-400 Кбіт/с. Використовує радіочастоти до 1000 МГц. До 30 МГц за рахунок відбиття від іоносфери можливе поширення електромагнітних хвиль за межі прямої видимості. Але цей діапазон дуже зашумлений (наприклад, аматорським радіозв'язком). Від 30 до 1000 МГц – іоносфера прозора і потрібна пряма видимість. Антени встановлюються на висоті (іноді встановлюються регенератори). Використовуються в радіо та телебаченні.

2.Мікрохвильові лінії.Швидкість передачі до 1 Гбіт/с. Використовують радіочастоти понад 1000 МГц. При цьому необхідна пряма видимість та гостроспрямовані параболічні антени. Відстань між регенераторами 10-200 км. Використовуються для телефонного зв'язку, телебачення та передачі даних.

3. Супутниковий зв'язок. Використовуються мікрохвильові частоти, а супутник служить регенератором (причому багатьом станцій). Характеристики ті самі, що в мікрохвильових ліній.

2. Пропускна спроможність дискретного каналу зв'язку

Дискретний канал є сукупністю засобів, призначених для передачі дискретних сигналів.

Пропускна здатність каналу зв'язку – максимальна теоретично досяжна швидкість передачі за умови, що похибка вбирається у заданої величини. Швидкість передачі - Середня кількість інформації, що передається в одиницю часу. Визначимо вирази для розрахунку швидкості передачі інформації та пропускної спроможності дискретного каналу зв'язку.

При передачі кожного символу в середньому каналом зв'язку проходить кількість інформації, що визначається за формулою

I (Y, X) = I (X, Y) = H (X) - H (X / Y) = H (Y) - H (Y / X), (2)

де: I (Y, X) -взаємна інформація, тобто кількість інформації, що міститься в Yщодо X;H(X)- Ентропія джерела повідомлень; H (X/Y)- Умовна ентропія, що визначає втрату інформації на один символ, пов'язану з наявністю перешкод і спотворень.

При надсиланні повідомлення X Tтривалості T,що складається з nелементарних символів, середня кількість інформації, що передається з урахуванням симетрії взаємної кількості інформації дорівнює:

I(Y T, X T) = H (X T) - H (X T / Y T) = H (Y T) - H (Y T / X T) = n. (4)

Швидкість передачі залежить від статистичних властивостей джерела, методу кодування і властивостей каналу.

Пропускна спроможність дискретного каналу зв'язку

Максимально-можливе значення, тобто. максимум функціоналу шукається на всій безлічі функцій розподілу ймовірності p (x).

Пропускна здатність залежить від технічних характеристик каналу (швидкості апаратури, виду модуляції, рівня перешкод та спотворень тощо). Одиницями виміру пропускної спроможності каналу є: , , , .

2.1 Дискретний канал зв'язку без перешкод

Якщо перешкоди в каналі зв'язку відсутні, то вхідні та вихідні сигнали каналу пов'язані однозначною, функціональною залежністю.

У цьому умовна ентропія дорівнює нулю, а безумовні ентропії джерела та приймача рівні, тобто. середня кількість інформації в прийнятому символі щодо переданого дорівнює

I(X, Y) = H(X) = H(Y); H(X/Y) = 0.

Якщо Х Т– кількість символів за час Tшвидкість передачі інформації для дискретного каналу зв'язку без перешкод дорівнює

де V = 1/ - Середня швидкість передачі одного символу.

Пропускна спроможність для дискретного каналу зв'язку без перешкод

Т.к. максимальна ентропія відповідає для рівноймовірних символів, то пропускна здатність для рівномірного розподілу і статистичної незалежності символів, що передаються, дорівнює:

Перша теорема Шеннона для каналу: Якщо потік інформації, вироблюваний джерелом, досить близька пропускну здатність каналу зв'язку, тобто.

то завжди можна знайти такий спосіб кодування, який забезпечить передачу всіх повідомлень джерела, причому швидкість передачі буде дуже близькою до пропускної здатності каналу.

Теорема не відповідає питанням, яким чином здійснювати кодування.

приклад 1.Джерело виробляє 3 повідомлення з ймовірностями:

p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 таp 3 = 0,7.

Повідомлення незалежні та передаються рівномірним двійковим кодом (m = 2 ) з тривалістю символів, що дорівнює 1 мс. Визначити швидкість передачі по каналу зв'язку без перешкод.

Рішення:Ентропія джерела дорівнює

[біт/с].

Для передачі 3 повідомлень рівномірним кодом необхідно два розряди, при цьому тривалість кодової комбінації дорівнює 2t.

Середня швидкістьпередачі сигналу

V =1/2 t = 500 .

Швидкість передачі

C = vH = 500 × 1,16 = 580 [біт/с].

2.2 Дискретний канал зв'язку з перешкодами

Ми розглядатимемо дискретні канали зв'язку без пам'яті.

Каналом без пам'яті називається канал, у якому кожен переданий символ сигналу, перешкоди впливають, незалежно від цього, які сигнали передавалися раніше. Тобто, перешкоди не створюють додаткові корелятивні зв'язки між символами. Назва "без пам'яті" означає, що при черговій передачі канал як би не пам'ятає результатів попередніх передач.

Комп'ютерними телекомунікаційними системаминазивають обмін інформацією з відривом між кількома комп'ютерами.

Комп'ютерні канали зв'язку можна класифікувати за такими ознаками:

• за способом кодування інформації можна поділити на цифрові та аналогові;
• за способом комунікації можна розділити на виділені та комутовані;
• за способом передачі інформації поділяють на провідні та бездротові, оптичні.

Аналогові- за аналоговими каналами інформація, що передається, подається у безперервній формі, тобто у вигляді безперервного ряду значень будь-якої фізичної величини.

Цифрові- це канали, якими пересилається інформація передається як цифрових (дискретних, імпульсних) сигналів тієї чи іншої фізичної природи.

Комутовані- це канали, створені з окремих ділянок лише тимчасово передачі з них інформації, після закінчення сеансу зв'язку такий канал розривається.

Виділені канали- це канали, які організуються на тривалий час і мають постійні характеристики за довжиною та пропускною спроможністю.

До основних характеристик каналів зв'язку відносять швидкість передачі, надійність, вартість, резерви розвитку.

Швидкість передачі вимірюється в біт/с і в бодах. Кількість змін інформаційного параметра сигналу за секунду вимірюється в бодах.

Бод- це така швидкість, коли передається один сигнал (наприклад, імпульс) за секунду незалежно від величини його зміни. Одиниця вимірювання біт/с відповідає поодинокій зміні сигналу в каналі зв'язку і при простих методахкодування сигналу; коли будь-яка зміна буває лише одиничною, можна прийняти, що: 1 бод = 1 біт/с; 1 Кбод = 103 біт/с; 1 Мбод = 106 біт/с і т.д.

Якщо елемент даних може бути представлений не двома, а великою кількістюзначень будь-якого параметра сигналу значення 1 бод буде більше 1 біт в секунду.

Надійність- передача інформації без її втрат та змін. Передавач та приймач - це апаратура передачі даних, пов'язують джерело та приймач інформації з каналом зв'язку. Прикладами апаратури передачі можуть бути модеми, термінальні адаптери, мережеві картиі т.д.

Для поліпшення якості сигналу, що передається великі відстані, використовується додаткова апаратура: повторювачі, комутатори, концентратори, маршрутизатори, мультиплексори.

На цих принципах засновано класифікацію, яка враховує пропускну спроможністьканалу зв'язку:

• низькошвидкісні канали зв'язку, швидкість передачі в них становить від 50 до 200 біт/с;
• середньошвидкісні канали зв'язку, швидкість передачі у яких від 300 до 9600 біт/с, а нових стандартах до 56 000 біт/с;
• високошвидкісні (широкосмугові) канали зв'язку, що забезпечують швидкість передачі вище 56 000 біт/с.

Швидкісні характеристики каналу багато в чому залежать від кабелів, що використовуються.

Кручена пара- це ізольовані мідні дроти, звичайний діаметр яких становить 1 мм, попарно звиті один навколо одного у вигляді спіралі. Це дозволяє зменшити електромагнітну взаємодію кількох розташованих поруч кручених пар.

Найпоширенішим застосуванням кручений пари є телефонна лінія. Виті пари, що тягнуться на великі відстані, об'єднуються в кабель, на який одягається захисне покриття. Якби пари проводів, що усередині таких кабелів, були почты, то сигнали, які проходять ними, накладалися один на одного. Телефонні кабелі діаметром кілька сантиметрів можна бачити протягнутими на стовпах.

Виті пари використовуються для передачі аналогових та цифрових сигналів. Смуга пропускання залежить від діаметра та довжини дроту, але на великих відстанях може досягти кілька мегабіт на секунду.

Існують два види кручений пари:

• Неекрановані виті паримають досить високу пропускну здатність, зручні в роботі, не потребують заземлення та завдяки невисокій ціні широко поширені. Неекранована кручена пара не застосовується в локальній мережі, в якій обробляється інформація з обмеженим доступомтому, що вона може посилити напруженість поля.
• Екрановані кручені паримають хороші технічними характеристиками, але мають високу вартість, жорсткі та незручні в роботі та вимагають заземлення. Цей видкабелю застосовується переважно у мережах з обмеженим доступом до інформації.

Коаксіальний кабель- Засіб передачі даних. Він краще екранований, ніж кручена пара, тому може забезпечити передачу даних більш далекі відстані з вищими швидкостями. Широко використовуються два типи кабелів. Один використовується передачі лише цифрового сигналу, а інший тип кабелю - аналогового сигналу.

Коаксіальний кабель складається з покритого ізоляцією твердого мідного дроту, розташованого в центрі кабелю. Поверх ізоляції натягнутий циліндричний провідник, зазвичай виконаний у вигляді мідної дрібної сітки. Він покритий зовнішнім захисним шаром ізоляції (пластиковою оболонкою). Конструкція та спеціальний тип екранування коаксіального кабелюзабезпечують високу пропускну здатність та відмінну перешкодозахищеність.

Коаксіальні кабелі для телекомунікацій поділяються на дві групи:

• "товсті" коаксіали;
• "тонкі" коаксіали.

Товстий коаксіальний кабель має зовнішній діаметр 12,5 мм та досить товстий провідник (2,17 мм), що забезпечує хороші електричні та механічні характеристики.

Швидкість передачі даних по товстому коаксіальному кабелю до 50 Мбіт/с, але з огляду на певну незручність роботи з ним та його значну вартість використовувати його в мережах передачі даних можна не завжди.

Тонкий коаксіальний кабель має зовнішній діаметр 5-6 мм, він дешевший і зручніший у роботі, але тонкий провідник у ньому (0,9 мм) обумовлює найгірші електричні та механічні характеристики. Швидкість передачі даних «тонкого» коаксіалу не перевищує 10 Мбіт/с.

Коаксіальні кабелі широко застосовувалися в телефонних системах, але лініях великої протяжності їх замінюють оптоволоконними кабелями. Однак коаксіальні кабелі широко використовуються для кабельного телебачення.

Оптоволоконні кабеліза своєю структурою нагадує кручена пара. Основу волоконно-оптичного кабелю становить скляна серцевина, якою поширюється світло, оточена твердим заповнювачем і вміщена в захисну оболонку діаметром 125 мкм.

В одному кабелі може міститися від одного до кількох сотень таких осердя. Сердечник покритий шаром скла з нижчим, ніж у осердя, коефіцієнтом заломлення. Він призначений для більш надійного запобігання виходу світла за межі осердя.

Зовнішнім шаром є пластикова оболонка, що захищає скління. Джерелом поширюваного по оптоволоконному кабелю світлового променя є перетворювач електричних сигналів в оптичні, наприклад, світлодіод або напівпровідниковий лазер.

Кодування інформації здійснюється зміною інтенсивності світлового променя. Фізичною основою передачі світлового променя по волокну є принцип повного внутрішнього відбиття променя від стінок волокна, що забезпечує мінімальне згасання сигналу, найвищий захист від зовнішніх електромагнітних полів та високу швидкістьпередачі. По оптоволоконному кабелю, що має велику кількість волокон, можна передавати величезну кількість повідомлень. На іншому кінці кабелю приймаючий прилад перетворює світлові сигнали на електричні.

Швидкість передачі по оптоволоконному кабелю сягає 1000 Мбіт/с, але дуже дорогий і використовується лише прокладання відповідальних магістральних каналів зв'язку. Такий кабель пов'язує столиці та великі міста більшості країн світу, а також материки.

У обчислювальних мережахта в мережі Інтернет оптоволоконний кабель використовується на найбільш відповідальних їхніх ділянках. Можливості оптоволоконних каналів воістину безмежні: по одному товстому магістральному оптоволоконному кабелю можна одночасно організувати кілька сотень тисяч телефонних каналів, кілька тисяч відеотелефонних каналів і близько тисячі телевізійних каналів.

В даний час широкого поширення набувають бездротові види зв'язку: радіоканали, інфрачервоні та міліметрові випромінювання.

Радіоканал- це бездротовий канал зв'язку, що прокладається через ефір. Система передачі даних по радіоканалу включає радіопередавач і радіоприймач, налаштовані на той самий радіохвильовий діапазон, який визначається частотною смугою електромагнітного спектра, що використовується для передачі даних.

Таку систему передачі називають просто радіоканалом. Швидкості передачі даних по радіоканалу практично не обмежені (вони обмежуються смугою пропускання приймальної апаратури). Високошвидкісний радіодоступ надає користувачам канали зі швидкістю передачі 2 Мбіт/с та вище. Найближчим часом очікуються радіоканали зі швидкостями 20-50 Мбіт/с.

Інфрачервоне та міліметрове випромінювання без використання кабелю широко застосовується для зв'язку на невеликих відстанях. Дистанційні пультиуправління для телевізорів та відео-магнітофонів використовують інфрачервоне випромінювання. Вони відносно спрямовані, дешеві та легко встановлюються, але мають один важливий недолік: інфрачервоне випромінювання не проходить крізь тверді об'єкти. З іншого боку, той факт, що інфрачервоні хвилі не проходять крізь стіни, є також позитивним. Адже це підвищує захищеність інфрачервоної системивід прослуховування проти радіосистемою.

Тому для використання інфрачервоної системи зв'язку не потрібна державна ліцензія на відміну від радіозв'язку (крім діапазонів ISM). Зв'язок в інфрачервоному діапазоні застосовується в настільних обчислювальних системах (наприклад, для зв'язку ноутбуків з принтерами), але все ж таки не відіграє значної ролі в телекомунікації.

Бездротові канали зв'язкумають погану схибленість, але забезпечують користувачеві максимальну мобільність і оперативність зв'язку. У обчислювальних мережах бездротові канали зв'язку передачі даних використовуються найчастіше там, де застосування традиційних кабельних технологій утруднено чи навіть неможливо.

Але в найближчому майбутньому ситуація може змінитися – активно ведеться розробка нової технології бездротового зв'язку Bluetooth. Bluetooth - це технологія передачі даних по радіо-каналах на короткі відстані, що дозволяє здійснювати зв'язок бездротових телефонів, комп'ютери і різні периферії навіть у випадках, коли порушується вимога прямої видимості.

Спочатку Bluetooth розглядалася виключно як альтернатива інфрачервоним з'єднанням між різними портативними пристроями. Але зараз фахівці пророкують уже два напрями широкого використання Bluetooth.

Перше - це домашні мережі, що включають різну електронну техніку, зокрема комп'ютери, телевізори і т.п. Другий, набагато важливіший напрямок - локальні мережі офісів невеликих фірм, де стандарт Bluetooth позиціонується як заміна традиційних дротових технологій. Недоліком Bluetooth є порівняно низька швидкість передачі - вона не перевищує 720 Кбіт/с, тому ця технологія не здатна забезпечити передачу відеосигналу.

Тема 1.4: Основи локальних мереж

Тема 1.5: Базові технології локальних мереж

Тема 1.6: Основні програмні та апаратні компоненти ЛОМ

Локальні мережі

1.2. Середовище та методи передачі даних у обчислювальних мережах

1.2.2. Лінії зв'язку та канали передачі даних

Для побудови комп'ютерних мереж застосовуються лінії зв'язку, що використовують різне фізичне середовище. Як фізичне середовище в комунікаціях використовуються: метали (в основному мідь), надпрозоре скло (кварц) або пластик та ефір. Фізичне середовище передачі даних може являти собою кабель "кручена пара", коаксіальний кабель, волоконно-оптичний кабель і навколишній простір.

Лінії зв'язку чи лінії передачі - це проміжна апаратура і фізичне середовище, через яку передаються інформаційні сигнали (дані).

В одній лінії зв'язку можна утворити кілька каналів зв'язку (віртуальних або логічних каналів), наприклад, шляхом частотного або тимчасового поділу каналів. Канал зв'язку – це засіб односторонньої передачі даних. Якщо лінія зв'язку монопольно використовується каналом зв'язку, то цьому випадку лінію зв'язку називають каналом зв'язку.

Канал передачі даних - це засоби двостороннього обміну даними, які включають лінії зв'язку і апаратуру передачі (прийому) даних. Канали передачі пов'язують між собою джерела інформації та приймачі інформації.

Залежно від фізичного середовища передачі даних лінії зв'язку можна поділити на:

• провідні лінії зв'язку без ізолюючих та екрануючих обплетень;
• кабельні, де передачі сигналів використовуються такі лінії зв'язку як кабелі "вита пара", коаксіальні кабелі або оптоволоконні кабелі;
• бездротові (радіоканали наземного та супутникового зв'язку), що використовують для передачі сигналів електромагнітні хвилі, які поширюються по ефіру.

Провідні лінії зв'язку

Дротові (повітряні) лінії зв'язку використовуються передачі телефонних і телеграфним сигналом, і навіть передачі комп'ютерних даних. Ці лінії зв'язку застосовуються як магістральні лінії зв'язку.

По провідних лініях зв'язку можуть бути організовані аналогові та цифрові каналипередачі даних. Швидкість передачі по дротових лініях "простий старої телефонної лінії" (POST - Primitive Old Telephone System) є дуже низькою. Крім того, до недоліків цих ліній відносяться схибленість і можливість простого несанкціонованого підключення до мережі.

Кабельні лінії зв'язку

Кабельні лінії зв'язку мають досить складну структуру. Кабель складається з провідників, ув'язнених у кілька шарів ізоляції. У комп'ютерних мережахвикористовуються три типи кабелів.

Кручена пара(twisted pair) - кабель зв'язку, який є кручена пара мідних проводів (або кілька пар проводів), укладених в екрановану оболонку. Пари проводів скручуються між собою з метою зменшення наведень. Віта пара є досить стійкою до перешкод. Існує два типи цього кабелю: неекранована кручена пара UTP і екранована кручена пара STP.

Характерним для цього кабелю є простота монтажу. Даний кабель є найдешевшим і найпоширенішим видом зв'язку, який знайшов широке застосування у найпоширеніших локальних мережах з архітектурою Ethernet, побудованих за топологією типу "зірка". Кабель підключається до мережних пристроїв за допомогою з'єднувача RJ45.

Кабель використовується передачі даних на швидкості 10 Мбіт/с і 100 Мбіт/с. Віта пара зазвичай використовується для зв'язку на відстань не більше кількох сотень метрів. До недоліків кабелю "кручена пара" можна віднести можливість простого несанкціонованого підключення до мережі.

Коаксіальний кабель(coaxial cable) - це кабель з центральним мідним дротом, який оточений шаром ізолюючого матеріалу для того, щоб відокремити центральний провідник від зовнішнього провідного екрана (мідної оплетки або шар алюмінієвої фольги). Зовнішній провідний екран кабелю покривається ізоляцією.

Існує два типи коаксіального кабелю: тонкий коаксіальний кабель діаметром 5 мм та товстий коаксіальний кабель діаметром 10 мм. У товстого коаксіального кабелю згасання менше, ніж у тонкого. Вартість коаксіального кабелю вища за вартість витої пари та виконання монтажу мережі складніше, ніж витою парою.

Коаксіальний кабель застосовується, наприклад, у локальних мережах з архітектурою Ethernet, побудованих за топологією типу "загальна шина".

Коаксіальний кабель більш схиблений, ніж кручена пара і знижує власне випромінювання. Пропускна спроможність – 50-100 Мбіт/с. Допустима довжина лінії зв'язку – кілька кілометрів. Несанкціоноване підключення до коаксіального кабелю складніше, ніж до кручений пари.

Кабельні оптоволоконні канали зв'язку. Оптоволоконний кабель (fiber optic) - це оптичне волокно на кремнієвій або пластмасовій основі, укладене в матеріал з низьким коефіцієнтом спотворення світла, який закритий зовнішньою оболонкою.

Оптичне волокно передає сигнали лише одному напрямку, тому кабель і двох волокон. На передавальному кінці оптоволоконного кабелю потрібно перетворення електричного сигналуу світловий, але в приймальному кінці зворотне перетворення.

Основна перевага цього типу кабелю – надзвичайно високий рівень перешкодозахищеності та відсутність випромінювання. Несанкціоноване підключення дуже складне. Швидкість передачі 3Гбіт/c. Основні недоліки оптоволоконного кабелю - складність його монтажу, невелика механічна міцність і чутливість до іонізуючих випромінювань.

Бездротові (радіоканали наземного та супутникового зв'язку) канали передачі даних

Радіоканали наземного (радіорелейного та стільникового) та супутникового зв'язку утворюються за допомогою передавача та приймача радіохвиль і відносяться до технології бездротової передачіданих.

Радіорелейні канали передачі даних

Радіорелейні канали зв'язку складаються із послідовності станцій, які є ретрансляторами. Зв'язок здійснюється в межах прямої видимості, дальності між сусідніми станціями – до 50 км. Цифрові радіорелейні лінії зв'язку (ЦРРС) застосовуються як регіональні та місцеві системи зв'язку та передачі даних, а також для зв'язку між базовими станціями стільникового зв'язку.

Супутникові канали передачі даних

У супутникових системах використовуються антени НВЧ-діапазону частот для прийому радіосигналів від наземних станцій та ретрансляції цих сигналів назад на наземні станції. У супутникових мережах використовуються три основних типи супутників, що знаходяться на геостаціонарних орбітах, середніх чи низьких орбітах. Супутники запускаються зазвичай групами. Рознесені один від одного можуть забезпечити охоплення майже всієї поверхні Землі. Робота супутникового каналу передачі даних представлена ​​малюнку

Рис. 1.

Доцільніше використовувати супутниковий зв'язок для організації каналу зв'язку між станціями, розташованими на дуже великих відстанях, та можливості обслуговування абонентів у важкодоступних точках. Пропускна здатність висока – кілька десятків Мбіт/с.

Стільникові канали передачі даних

Радіоканали стільникового зв'язку будуються за тими самими принципами, як і стільникові телефонні мережі. стільниковий зв'язок- це бездротова телекомунікаційна система, що складається з мережі наземних базових приймально-передавальних станцій та стільникового комутатора (або центру комутації мобільного зв'язку).

Базові станції підключаються до центру комутації, який забезпечує зв'язок як між базовими станціями, так і з іншими телефонними мережамита з глобальною мережею Інтернет. За функціями, що виконуються, центр комутації аналогічний звичайної АТС проводового зв'язку.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) – це стандарт стільникових мереж бездротової передачі інформації для фіксованих абонентів. Система будується за стільниковим принципом, одна базова станція дозволяє охопити район радіусом кілька кілометрів (до 10 км) та підключити кілька тисяч абонентів. Самі БС поєднуються друг з одним високошвидкісними наземними каналами зв'язку чи радіоканалами. Швидкість передачі до 45 Мбіт/c.

Радіоканали передачі даних WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогічні Wi-Fi. WiMAX, на відміну від традиційних технологійрадіодоступу, працює і на відбитому сигналі, поза прямою видимістю базової станції. Експерти вважають, що мобільні мережі WiMAX відкривають набагато цікавіші перспективи для користувачів, ніж фіксований WiMAX, призначений для корпоративних замовників. Інформацію можна передавати на відстані до 50 км. зі швидкістю до 70 Мбіт/с.

Радіоканали передачі даних MMDS(Multichannel Multipoint Distribution System). Ці системи здатні обслуговувати територію в радіусі 50-60 км, при цьому пряма видимість передавача оператора не є обов'язковою. Середня гарантована швидкість передачі становить 500 Кбіт/с - 1 Мбіт/с, але можна забезпечити до 56 Мбіт/с однією канал.

Радіоканали передачі даних локальних мереж . Стандартом бездротового зв'язку для локальних мереж є технологія Wi-Fi. Wi-Fi забезпечує підключення у двох режимах: точка-точка (для підключення двох ПК) та інфраструктурне з'єднання (для підключення кілька ПК до однієї точки доступу). Швидкість обміну даними до 11 Мбіт/с при підключенні точка-точка та до 54 Мбіт/с при інфраструктурному з'єднанні.

Радіоканали передачі даних Bluetooht- це технологія передачі на короткі відстані (не більше 10 м) і може бути використана для створення домашніх мереж. Швидкість передачі не перевищує 1 Мбіт/с.

1.Відмінність ТКС від комп'ютерних мереж.

Слід розрізняти комп'ютерні та термінальні мережі. Комп'ютерні мережі пов'язують комп'ютери, кожен із яких може працювати автономно. Термінальні мережі зазвичай пов'язують потужні комп'ютери(мейнфрейми) з терміналами (пристроями введення – виведення інформації). Прикладом термінальних пристроїв та мереж може бути мережа банкоматів або кас продажу квитків.
Основна відмінність LAN від WAN полягає в якості, використаних ліній зв'язку і в тому, що в ЛОМ існує тільки один шлях передачі даних між комп'ютерами, а в WAN їх безліч (існує надмірність каналів зв'язку). Так як лінії зв'язку в ЛОМ більш якісні, то швидкість передачі інформації в LAN набагато вище, ніж у WAN.

Але здійснюється постійне проникнення технологій LAN у WAN і навпаки, що значно підвищує якість мереж та розширює спектр послуг, що надаються. Таким чином, відмінності між LAN та WAN поступово згладжуються.

Тенденція зближення (конвергенція) характерна не тільки для LAN та WAN, але й для телекомунікаційних мереж інших типів, до яких належать радіомережі, телефонні та телевізійні мережі. Телекомунікаційні мережі складаються із таких компонентів: мережі доступу, магістралі, інформаційні центри.

Комп'ютерну мережу можна уявити багатошаровою моделлю, що складається з шарів:

• комп'ютери;
• комунікаційне обладнання;
• Операційні системи;
• мережеві програми.

  У комп'ютерних мережах використовуються різні типи та класи комп'ютерів. Комп'ютери та його характеристики визначають можливості комп'ютерних мереж.

  До комунікаційного обладнання належать: модеми, мережні карти, мережеві кабелі та проміжна апаратура мереж. До проміжної апаратури належать: приймачі або трансівери (traceivers), повторювачі або репітери (repeaters), концентратори (hubs), мости (bridges), комутатори, маршрутизатори (routers), шлюзи (gateways).

2. СИНХРОННА І АСИНХРОННА ПЕРЕДАЧА ДАНИХ

При обміні даними каналами зв'язку використовуються три методипередачі:

1) Симплексна (односпрямована) – TV, радіо;

2) Напівдуплексна передача - (прийом та передача даних здійснюються по черзі);

3) Дуплексна (двонаправлена) – кожна станція одночасно передає та приймає дані.

Для передачі даних інформаційних системахнайчастіше застосовується послідовна (напівдуплексна) передача. Вона поділяється на два методи:

а) асинхронна передача;

б) синхронна передача.

а) При асинхронній передачі кожен символ передається окремою посилкою. Стартові біти попереджають про початок передачі. Потім передається символ. Для визначення достовірності передачі використовується біт парності (біт парності дорівнює 1, якщо кількість одиниць у символі непарно, і дорівнює 0 інакше). Останній біт сигналізує про закінчення передачі.

Переваги:

1) Нескладна відпрацьована система;

2) Недороге інтерфейсне устаткування.

Недоліки:

1) Третя частина пропускної спроможності втрачається на передачу службових бітів;

2) Невисока швидкість передачі в порівнянні з синхронною;

3) При множинні помилки за допомогою біта парності неможливо визначити достовірність отриманої інформації.

Асинхронна передачавикористовується в системах, де обмін даними відбувається іноді, і не потрібна висока швидкість передачі даних.

б) При використанні синхронного методудані передаються блоками. Для синхронізації роботи приймача та передавача на початку блоку передаються біти синхронізації. Потім передаються дані, код виявлення помилки та символ закінчення передачі. Код виявлення помилки обчислюється вмістом поля даних і дозволяє однозначно визначити достовірність прийнятої інформації.

Переваги:

1) Висока ефективність передачі;

2) Висока швидкість передачі;

3) Надійний вбудований механізм виявлення помилок.

Недоліки:

3. Способи передачі цифрової інформації

Цифрові дані по провіднику передаються шляхом зміни поточної напруги: немає напруги - "0", є напруга - "1". Існують два способи передачі інформації по фізичному середовищі: цифровий і аналоговий.

Примітки: 1. Якщо всі абоненти комп'ютерної мережі ведуть передачу даних каналом однієї частоті, такий канал називається вузькосмуговим(Пропускає одну частоту).

2. Якщо кожен абонент працює на власній частоті по одному каналу, такий канал називається широкосмуговим(Пропускає багато частот). Використання широкосмугових каналів дозволяє економити з їхньої кількості, але ускладнює процес управління обміном даними.

При цифровомуабо вузькосмуговому способі передачі(рис. 6.10) дані передаються у тому природному вигляді на єдиної частоті. Вузькосмуговий спосіб дозволяє передавати тільки цифрову інформацію, забезпечує в кожний момент часу можливість використання передавального середовища тільки двома користувачами і допускає нормальну роботутільки на обмеженій відстані (довжина лінії зв'язку трохи більше 1000 м). У той же час вузькосмуговий спосіб передачі забезпечує високу швидкість обміну даними - до 10 Мбіт/с і дозволяє створювати обчислювальні мережі, що легко конфігуруються. Переважна кількість локальних обчислювальних мереж використовує вузькосмугову передачу.

Рис.6.10.Цифровий спосіб передачі Аналоговийспосібпередачі цифрових даних (рис. 6.11) забезпечує широкосмугову передачу з допомогою використання одному каналі сигналів різних несучих частот. При аналоговому способі передачі відбувається керування параметрами сигналу несучої частоти передачі по каналу зв'язку цифрових даних. Сигнал несучої частоти є гармонійним коливанням, що описується рівнянням: X = X max sin ( w t+j 0) де X max - амплітуда коливань; w-Частота коливань; t - Час; j 0 - Початкова фаза коливань. Надіслати цифрові дані по аналоговому каналу можна, керуючи одним із параметрів сигналу несучої частоти: амплітудою, частотою або фазою. Оскільки необхідно передавати дані у двійковому вигляді (послідовність одиниць і нулів), можна запропонувати такі способи управління (модуляції):амплітудний, частотний, фазовий. Найпростіше зрозуміти принцип амплітудний Рис. 6.11.а). Частотна Рис. 6.11.б). Найбільш складною для розуміння є фазова рис 6.11.в). У мережах високого рівня ієрархії – глобальних та регіональних використовується також і широкосмугова передачаяка передбачає роботу для кожного абонента на своїй частоті в межах одного каналу. Це забезпечує взаємодію великої кількості абонентів за високої швидкості передачі даних. Широкосмугова передача дозволяє поєднувати в одному каналі передачу цифрових даних, зображення та звуку, що є необхідною вимогоюсучасних мультимедійних систем.

Вузькосмугова та широкосмугова передачі сигналів

Найбільш складною для розуміння є фазова модуляція. Суть в тому, що з переході від 0 до 1і від 1 до 0 змінюється фаза коливань, тобто. їх напрямок (рис 6.11.в).

4.Склад та види лінії зв'язку.

Залежно від середовища передачі даних лінії зв'язку поділяються на такі (рис. 2.2):

Провідні (повітряні) лінії зв'язкуявляють собою дроти без будь-яких ізолюючих або екрануючих обплетень, прокладені між стовпами і висять у повітрі. За такими лініями зв'язку зазвичай передаються телефонні чи телеграфні сигнали, але за відсутності інших можливостей ці лінії використовують і передачі комп'ютерних даних. Швидкісні якості та схибленість цих ліній залишають бажати багато кращого. Сьогодні провідні лінії зв'язку швидко витісняються кабельними.

Кабельні лінії є досить складною конструкцією. Кабель складається з провідників, укладених у кілька шарів ізоляції: електричної, електромагнітної, механічної, а також можливо кліматичної. Крім того, кабель може бути оснащений роз'ємами, що дозволяють швидко виконувати приєднання різного обладнання. У комп'ютерних мережах застосовуються три основні типи кабелю: кабелі на основі скручених пар мідних проводів, коаксіальні кабелі з мідною жилою, а також волоконно-оптичні кабелі.

Скручена пара проводів називається кручений парою (Twisted pair). Віта пара існує в екранованому варіанті (Shielded Twistedpair, STP),коли пара мідних проводів обгортається в ізоляційний екран, і неекранований (Unshielded Twistedpair, UTP)коли ізоляційна обгортка відсутня. Скручування проводів знижує вплив зовнішніх перешкод на корисні сигнали, що передаються кабелем. Коаксіальний кабель (coaxial)має несиметричну конструкцію і складається з внутрішньої мідної жили та обплетення, відокремленої від жили шаром ізоляції. Існує кілька типів коаксіального кабелю, що відрізняються характеристиками та областями застосування – для локальних мереж, для глобальних мереж, для кабельного телебачення тощо. Волоконно-оптичний кабель (optical fiber)складається з тонких (5-60 мікрон) волокон, якими поширюються світлові сигнали. Це найбільш якісний тип кабелю - він забезпечує передачу даних з дуже високою швидкістю (до 10 Гбіт/с і вище) і до того ж краще за інших типів середовища, що забезпечує захист даних від зовнішніх перешкод.

Радіоканали наземного та супутникового зв'язку утворюються за допомогою передавача та приймача радіохвиль. Існує велика кількість різних типіврадіоканалів, що відрізняються як використовуваним частотним діапазоном, і дальністю каналу. Діапазони коротких, середніх і довгих хвиль (KB, СВ і ДВ), звані також діапазонами амплітудної модуляції (Amplitude Modulation, AM) за типом методу модуляції сигналу, що використовуються в них, забезпечують далекий зв'язок, але при невисокій швидкості передачі даних. Більш швидкісним є канали, що працюють на діапазонах ультракоротких хвиль (УКХ), для яких характерна частотна модуляція (Frequency Modulation, FM), а також діапазонах надвисоких частот (НВЧ або microwaves). У діапазоні НВЧ (понад 4 ГГц) сигнали вже не відображаються іоносферою Землі і для сталого зв'язку потрібна наявність прямої видимості між передавачем та приймачем. Тому такі частоти використовують або супутникові канали, або радіорелейні канали, де ця умова виконується.

Достовірність передачі даних характеризує ймовірність спотворення кожному за переданого біта даних. Іноді цей показник називають інтенсивністю бітових помилок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для каналів зв'язку без додаткових коштівзахисту від помилок (наприклад, кодів, що самокоректуються або протоколів з повторною передачею спотворених кадрів) становить, як правило, 10 -4 - 10 -6 , в оптоволоконних лініях зв'язку - 10 -9 . Значення достовірності передачі, наприклад, в 10 -4 свідчить, що у середньому з 10000 біт спотворюється значення одного біта.

Спотворення біт відбуваються як із-за наявності перешкод на лінії, так і через спотворення форми сигналу обмеженою смугою пропускання лінії. Тому для підвищення достовірності даних, що передаються, потрібно підвищувати ступінь перешкодозахищеності лінії, знижувати рівень перехресних наведень в кабелі, а також використовувати більш широкосмугові лінії зв'язку.

5. Протокл. Стек протоколів. Інтерфейс

Протокол – це набір правил, які забезпечують передачу даних у мережах.

Протоколи характеризуються:

1 . Протоколи працюють різних рівнях моделей OSI.

2 . Функції протоколу визначаються рівнем, де він працює.

3 . Декілька протоколів можуть працювати спільно. У цьому випадку вони утворюють стек .

Стек протоколів - Набір протоколів суміжних рівнів моделей OSI.

Модель OSI та рівні протоколів (функції):

7.Прикладний-Ініціація чи прийом запиту.

6.Представницький- додавання в пакет формуючої та шифруючої інформації.

5.Сеансовий- додавання інформації про трафік (із зазначенням часу відправлення пакета).

4.Транспортний- Додавання інформації для обробки помилок.

3.Мережевий- додавання адресної інформації та інформації про місце пакету в послідовності пакетів, що передаються.

2.Канальний- Додавання інформації для перевірки помилок та підготовка даних для передачі по фізичному з'єднанню.

1.Фізичний- Передача пакета як потоку бітів.

Стандартні стеки протоколів різних фірм:

1.Набір протоколів ISO - ISO/OSI

2. Набір протоколів IBM – SNA

3. Набір протоколів Digital – DEC Net

4. Набір протоколів Novell – IPX/SPX

5. Набір протоколів Apple - Apple Talk

6. Набір протоколів Microsoft – TCP/IP

Приватним випадком декомпозиції завдання є багаторівневе уявлення, при якому вся безліч модулів, що вирішують підзавдання, розбивається на ієрархічно впорядковані групи - рівні. Для кожного рівня визначається набір функцій-запитів, з якими до модулів даного рівняможуть звертатися модулі вище рівня для вирішення своїх завдань. Такий формально певний набір функцій, що виконуються даним рівнем для вище лежачого рівня, а також формати повідомлень, якими обмінюються два сусідні рівні під час своєї взаємодії, називається інтерфейсом.

Інтерфейс визначає сукупний сервіс, що надається цим рівнем вище лежачого рівня.

Коди передачі Для передачі інформації по каналам зв'язку використовуються спеціальні коди. Ці коди стандартизовані та визначені рекомендаціями ISO (International Organization for Standardization). – Міжнародною організацією зі стандартизації (МОС) або Міжнародного консультативного комітету з питань телефонії та телеграфії (МККТТ)). Найбільш поширеним кодом передачі каналами зв'язку є код ASCII, прийнятий обмінюватись інформацією практично у всьому світі (вітчизняний аналог – КОІ-7). Крім радіо та супутникового зв'язку, ЛОМ використовують і зв'язок за допомогою інформаційного кабелю. Інформаційний кабель – це набір проводів, якими передаються сигнали від одного пристрою комп'ютера до іншого. Щоб забезпечити швидкодію, для кожного сигналу виділено окремий провід. Сигнали передаються у певній послідовності та у певних комбінаціях один з одним.

Для передачі кодової комбінації використовують стільки ліній, скільки бітів ця комбінація містить. Кожен біт передається окремим проводом. Це паралельна передача чи передача паралельним кодом. Перевага такої передачі надається при організації локальних МВК, для внутрішніх ЕОМ та для невеликих відстанейміж абонентами мережі Передача паралельним кодом забезпечує високу швидкодію, але вимагає підвищених витрат на створення фізичного передавального середовища і має погану перешкоду. Для передачі кодової комбінації двопровідної лінії група бітів передається по одному дроту біт за бітом. Це передача інформації послідовним кодом. Вона повільніше, оскільки вимагає перетворення даних у паралельний код подальшої обробки в ЕОМ, але економічно вигідна передачі повідомлень великі відстані.

Типи синхронізації даних Процеси передачі чи прийомів інформації у обчислювальних мережах можуть бути прив'язані до певних часових позначок, тобто. один із процесів може початися лише після того, як отримає повністю дані від іншого процесу. Такі процеси називають синхронними. У той самий час існують процеси, у яких немає такої прив'язки і можуть виконуватися незалежно від рівня повноти переданих даних. Такі процеси називаються асинхронними. Синхронізація даних – узгодження різноманітних процесів у часі. У системах передачі даних використовуються два способи передачі даних: синхронний та асинхронний. При синхронній передачі інформація передається блоками, які обрамляються спеціальними керуючими символами. До складу блоку включається також спеціальні синхросимволи, що забезпечують контроль стану фізичного середовища, і символи, що дозволяють виявити помилки при обміні.

В кінці блоку даних при синхронній передачі каналу зв'язку видається контрольна послідовність, сформована за спеціальним алгоритмом. За цим алгоритмом формується контрольна послідовність прийому інформації з каналу зв'язку. Якщо обидві послідовності збігаються – помилок немає. Блок даних прийнято. Якщо послідовності не збігаються – помилка. Передача повторюється до результату перевірки. Якщо повторні операції передачі дають позитивного результату, то фіксується стан аварії. Синхронна передача – високошвидкісна та майже безпомилкова. Вона використовується обмінюватись повідомленнями між ЕОМ. Синхронна передача вимагає дорогого обладнання Біти синхронізації Символ кінця передачі Надані символи Контрольна наст. Поле даних

При асинхронної передачі даних дані передаються канал зв'язку як послідовність бито, у тому числі при прийомі необхідно виділити байти для подальшої їх обробки. Частка цього кожен байт обмежується стартовим і стоповим бітами, які дозволяють зробити виділення їх із потоку передачі. Іноді в лініях зв'язку з низькою надійністю використовують кілька таких бітів. Додаткові стартові та стопові біти дещо знижують ефективну швидкість передачі даних та відповідно пропускну здатність каналу зв'язку. У той самий час асинхронна передача вимагає дорогого устаткування й відповідає вимогам організації діалогу при взаємодії ЕОМ. Стартові біти Стоповий біт Передані символи Біт парності Поле даних

Апаратна реалізація передачі Цифрові дані по провіднику передаються шляхом зміни поточної напруги: немає напруги «0», є напруга «1». Існує два способи передачі інформації по фізичному середовищі: цифровий і аналоговий. При цифровому або вузькосмуговому способі передачі дані передаються в їхньому природному вигляді на єдиній частоті. Даний спосіб дозволяє передавати тільки цифрову інформацію, забезпечує в кожний момент часу можливість використання передавального середовища лише двома користувачами та допускає нормальну роботу лише на обмеженій відстані (не більше 1000 м). У той самий час такий спосіб забезпечує високу швидкість обміну даними. Тому переважна кількість ЛОМ використовує даний спосіб.

Аналоговий спосіб передачі цифрових даних забезпечує широкосмугову передачу з допомогою використання одному каналі сигналів різних несучих частот. При аналоговому способі передачі відбувається керування параметрами сигналу несучої частоти передачі по каналу зв'язку цифрових даних. Сигнал несучої частоти є гармонійним коливанням, що описується рівнянням X=Xm sin(wt+f0) де Xm – амплітуда коливань; w – частота коливань; t – час; f0 - Початкова фаза. Надіслати цифрові дані по аналоговому каналу можна, керуючи одним із параметрів сигналу несучої частоти: амплітудою, частотою або фазою. Амплітудна модуляція - "0" відсутність сигналу. Частотна модуляція передбачає передачу сигналів «0» і «1» на різній частоті. При переході від 0 до 1 або від 1 до 0 відбувається зміна частоти. Фазова модуляція – під час переходу з одного стану до іншого змінюється напрям коливань.

Апаратні засоби Щоб забезпечити передачу інформації з ЕОМ до комунікаційного середовища, необхідно узгодити сигнали внутрішнього інтерфейсу ЕОМ з параметрами сигналів, що передаються каналами зв'язку. При цьому має бути виконане як фізичне узгодження (форма, амплітуда та тривалість сигналу), так і кодове. Технічні пристрої виконують функції сполучення ЕОМ з каналами зв'язку, називаються адаптерами або мережевими адаптерами. Один адаптер забезпечує поєднання з ЕОМ одного каналу зв'язку. Крім одноканальних адаптерів використовуються і багатоканальні пристрої – мультиплексори передачі або просто мультиплексори.

Мультиплексор передачі – пристрій сполучення ЕОМ з кількома каналами зв'язку. Як зазначалося раніше, передачі цифрової інформації з каналу зв'язку необхідно потік бітів перетворити на аналогові сигнали, а прийому інформації з каналу зв'язку в ЕОМ виконати зворотне дію – перетворити аналогові сигнали на потік бітів, які може обробляти ЕОМ. Такі перетворення виконує спеціальний пристрій– модем. Модем – пристрій, виконує модуляцію і демодуляцію інформаційних сигналів під час передачі з ЕОМ в канал зв'язку прийому в ЕОМ з каналу связи. Концентратор (HUB, Switch) - пристрій, що комутує кілька каналів зв'язку на один шляхом приватного поділу. Повторювач - пристрій, що забезпечує збереження форми та амплітуди сигналу при передачі його на більший ніж передбачений фізичним середовищем стан.